CN111960989B - 一种4-溴咔唑制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种4‑溴咔唑制备方法，属于化学技术领域。一种4‑溴咔唑制备方法，将邻溴苯胺、间二溴苯在催化剂、配体和碱的作用下，经过C‑N偶联和C‑C偶联串联反应，一锅法一步合成4‑溴咔唑，其中，所述间二溴苯既为反应物，同时间二溴苯也作为反应溶剂，反应结束后可回收剩余的间二溴苯。本发明的制备方法使用廉价易得的邻溴苯胺、间二溴苯作原料，经过一锅法串联反应一步得到产品4‑溴咔唑，与现有技术相比，避免了硝基还原成环步骤，即缩短了反应步骤，具有生产成本低，环境友好等优势。

Description

一种4-溴咔唑制备方法

技术领域

本发明涉及化学技术领域，具体涉及一种4-溴咔唑制备方法。

背景技术

咔唑及其衍生物是一类杂环芳香化合物，有较大的π电子共轭体系和较强的分子内电子转移特性，从结构来看，咔唑亲电的氮原子通过诱导效应吸收双键上的电子；另一方面，由于p-π共轭效应氮原子的未共用电子又供给双键，使双键富电子，因此，咔唑环具有很强的空穴传输能力，咔唑聚合物或小分子化合物可在有机电致发光器件中作为空穴传输层，其降低了小分子材料的结晶，提高了器件寿命，同时，增加了电子空穴复合的机会，提高了器件的发光效率，咔唑上取代基位置不同会影响其电子效应，进而影响其空穴传输能力。

咔唑上不同位置取代的卤代物通过不同的方法制备获得。目前，3-溴咔唑、2-溴咔唑、1-溴咔唑等咔唑类衍生物已经被广泛的报道，其主要通过直接溴代、卡多根关环或者费歇尔吲哚合成制备。根据文献报道，4-溴咔唑主要有以下几种合成路线。

路线一：中国专利申请号为201410142897.1，申请公开日为2014年4月11日的专利申请文件公开了一种4-溴咔唑的制备方法。该专利以邻溴苯硼酸、邻氯硝基苯为原料，在钯催化剂的作用下经Suzuki偶联反应得到中间体2-溴-2’-硝基联苯，2-溴-2’-硝基联苯在亚磷酸三苯酯的作用下成环得到4-溴咔唑，收率83.1％。反应方程式为：

路线二：中国专利申请号为201811594888.0，申请公开日为2019年4月19日的专利申请文件公开了制备4-溴咔唑及其衍生物的方法。该专利以2,3-二溴氟苯、苯胺为原料，在碱的作用下经缩合反应制备中间体2,3-二溴-N-苯基苯胺，2,3-二溴-N-苯基苯胺在钯催化剂作用下经C-C偶联反应成环制备4-溴咔唑，收率88％。

路线三：中国专利申请号为201811228561.1，申请公开日为2019年1月18日的专利申请文件公开了一种4-溴咔唑的合成方法。该专利以邻硝基氯苯为原料，在铜粉的作用下生成2,2’-二硝基联苯，2,2’-二硝基联苯在三乙氧基磷的作用下成环生成4-硝基咔唑，经还原、重氮化溴代生成4-溴咔唑。

上述合成路线中，路线一一方面在关环过程中使用了亚磷酸三苯酯，气味较大且反应后产生大量的三苯基氧磷等副产物，环保问题突出；且由于反应需在160-200℃高温下进行，最终产品颜色较深，纯化难度大；另一方面，路线一种使用了邻溴苯硼酸作为反应原料，而邻溴苯硼酸的制备需要使用丁基锂试剂在超低温下进行反应，合成方法工业化困难，也导致其价格昂贵，使得4溴咔唑无法量化生产。因此，2015年5月，《河南科学》第33卷第5期第716-717页，李奎、杨振强、陈辉、张银龙和杨瑞娜等人公开了一篇名为“4溴咔唑的合成与表征”的文章，该研究采用以邻溴硝基苯为起始原料，依次与双(频哪醇合)二硼和邻溴碘苯经过Miyaura Suzuki“一锅两步”反应，再经过亚磷酸三苯酯还原反应合成了4溴咔唑。合成路线如下：

该方法虽然避免使用邻溴苯硼酸，但是该方法在最后一步关环过程中使用了4倍当量以上亚磷酸三苯酯，气味较大且反应后产生大量的三苯基氧磷等副产物，环保问题突出；反应中使用大量的亚磷酸三苯酯且无法回收造成生产成本偏高。

路线二反应条件温和，收率高，产品质量好，但是使用了2,3-二溴氟苯作原料，该原料不易得，价格昂贵，极大限制其在实际工业大生产中应用。

路线三经过4步得到目标产物，步骤冗长，第一步反应必须在200℃以上高温进行，能耗大，第二步成环过程中使用使用了过量的亚磷酸三乙酯，气味较大且反应后产生大量的三乙氧基氧磷等副产物，环保问题突出；第三步还原采用锌粉还原，产生大量三废；整个工艺过程存在突出的安全、环保问题，步骤多造成生产成本高，设备投资大，不适合工业化生产。

因此，有必要对现有技术中4-溴咔唑的生产工艺进行改进，在确保产物收率较高下，提出易于产业化的低温合成技术路线，以期满足日益增长的产品需求。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有合成4-溴咔唑的方法成本高、环保问题突出、不利于工业化大批量生产的问题，本发明提供一种4-溴咔唑制备方法，通过优化合成路线，得到一种反应条件温和、高效、经济性好的4-溴咔唑合成新方法。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种4-溴咔唑制备方法，将邻溴苯胺、间二溴苯在催化剂、配体和碱的作用下，经过C-N偶联和C-C偶联串联反应，一锅法一步合成4-溴咔唑，其中，所述间二溴苯既为反应物，同时间二溴苯也作为反应溶剂，反应结束后可回收剩余的间二溴苯。反应式如下：

进一步地，所述的催化剂为钯盐催化剂，钯盐催化剂包括氯化钯、乙酸钯、四(三苯基磷)钯、三氟乙酸钯、乙酰丙酮钯、三(二亚苄基丙酮)二钯。

进一步地，所述的配体为膦配体，膦配体包括三苯基膦、三叔丁基膦、三环己基膦、2-二环己基膦-2,4,6-三异丙基联苯、2-(二环己基膦)-3,6-二甲氧基-2',4',6'-三异丙基-1,1'-联苯和正丁基二(1-金刚烷基)膦。

进一步地，所述碱为有机碱或无机碱，所述有机碱包括三乙胺、吡啶、叔丁醇钠和叔丁醇钾，所述无机碱包括氢氧化钠、碳酸钾和磷酸钾。

进一步地，所述的邻溴苯胺与间二溴苯摩尔比为1:(10～20)。

进一步地，所述的催化剂与邻溴苯胺摩尔比为(0.0025～0.01):1。

进一步地，所述的配体与邻溴苯胺摩尔比为(0.0025～0.01):1。

进一步地，所述的碱与邻溴苯胺摩尔比为(2～4):1。

进一步地，所述的串联反应是在90～150℃的温度、搅拌并保温24～48h的条件下进行的。

进一步地，所述串联反应合成的4-溴咔唑进行萃取后，得到的有机层经脱溶、结晶得到4-溴咔唑精品。

综上所述，本发明一种4-溴咔唑制备方法，按照下述步骤进行：

(1)投料：氮气保护下，在反应体系内加入间二溴苯、邻溴苯胺、催化剂、配体以及碱，其中，所述的催化剂为氯化钯、乙酸钯、四(三苯基磷)钯、三氟乙酸钯、乙酰丙酮钯、三(二亚苄基丙酮)二钯等钯盐，所述的配体为三苯基膦、三叔丁基膦、三环己基膦、2-二环己基膦-2,4,6-三异丙基联苯、2-(二环己基膦)-3,6-二甲氧基-2',4',6'-三异丙基-1,1'-联苯、正丁基二(1-金刚烷基)膦等膦配体，所述碱为有机碱或无机碱，所述有机碱包括三乙胺、吡啶、叔丁醇钠和叔丁醇钾，所述无机碱包括氢氧化钠、碳酸钾和磷酸钾；所述的间二溴苯与邻溴苯胺摩尔比为(10～20):1，所述的催化剂与邻溴苯胺摩尔比为(0.0025～0.01):1，所述的配体与咔唑摩尔比为(0.0025～0.01):1，所述碱与邻溴苯胺摩尔比为(2～4):1。

(2)反应：投料毕，升温至90℃～150℃，搅拌转速为600rpm，保温反应24～48h，反应结束后，减压蒸馏回收间二溴苯(间二溴苯沸点219.5℃，减压蒸馏条件下易于回收)后加入水及乙酸乙酯萃取，有机层经脱溶、结晶得到4-溴咔唑。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的制备方法使用廉价易得的邻溴苯胺、间二溴苯作原料，经过一锅法串联反应一步得到产品4-溴咔唑，与现有技术相比，避免了硝基还原成环步骤，即缩短了反应步骤，具有生产成本低，环境友好等优势；

(2)本发明的制备方法在低温(90℃～150℃)下即可发生反应，条件温和，后处理纯化简单、收率高、生产成本低、产品质量好等优势，有利于实施大规模工业化生产；

(3)本发明的制备方法中间二溴苯大大过量，反应过程中间二溴苯既作反应物又作反应溶剂，反应结束后，由于间二溴苯沸点为219.5℃，产物4-溴咔唑的沸点约427℃，通过减压蒸馏的方式即可回收间二溴苯，操作简单；若反应过程中不使用大大过量的间二溴苯，而使用常用的有机溶剂(如N-甲基吡咯烷酮、二甲苯等)，反应基本无法进行；

(3)本发明结构简单，设计合理，易于制造。

附图说明

图1为本发明合成4-溴咔唑的反应方程式。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

氮气保护下，在500mL反应瓶内加入357.6g间二溴苯(99％，1.5mol)，26.1g邻溴苯胺(99％，0.15mol)，0.35g三(二亚苄基丙酮)二钯(99％，0.375mmol)，0.76g10％三叔丁基膦戊烷溶液(10％in Pentane，0.375mmol)，61.2g三乙胺(99％，0.6mol)，投料毕，升温至150℃，搅拌转速600rpm，保温反应24hr，反应结束后，减压蒸馏回收未反应的间二溴苯，残留物中加入水及乙酸乙酯萃取，有机层脱溶得到粗品以乙醇结晶得到33.1g 4-溴咔唑，含量99.5％，收率89.3％。

实施例2

氮气保护下，在500mL反应瓶内加入357.6g间二溴苯(99％，1.5mol)，26.1g邻溴苯胺(99％，0.15mol)，0.084g乙酸钯(99％，0.375mmol)，0.18g 2-二环己基膦-2,4,6-三异丙基联苯(99％，0.375mmol)，58.2g叔丁醇钠(99％，0.6mol)，投料毕，升温至130℃，搅拌转速600rpm，保温反应24hr，反应结束后，减压蒸馏回收未反应的间二溴苯，残留物中加入水及乙酸乙酯萃取，有机层脱溶得到粗品以乙醇结晶得到34.3g 4-溴咔唑，含量99.6％，收率92.5％。

实施例3

氮气保护下，在1L反应瓶内加入715.2g间二溴苯(99％，3mol)，26.1g邻溴苯胺(99％，0.15mol)，0.17g乙酸钯(99％，0.75mmol)，0.27g正丁基二(1-金刚烷基)膦(99％，0.75mmol)，67.9g叔丁醇钾(99％，0.6mol)，投料毕，升温至110℃，搅拌转速600rpm，保温反应48hr，反应结束后，减压蒸馏回收未反应的间二溴苯，残留物中加入水及乙酸乙酯萃取，有机层脱溶得到粗品以乙醇结晶得到30.0g 4-溴咔唑，含量99.1％，收率80.5％。

实施例4

氮气保护下，在1L反应瓶内加入715.2g间二溴苯(99％，3mol)，26.1g邻溴苯胺(99％，0.15mol)，0.70g三(二亚苄基丙酮)二钯(99％，0.75mmol)，0.41g 2-(二环己基膦)-3,6-二甲氧基-2',4',6'-三异丙基-1,1'-联苯(99％，0.75mmol)，67.9g叔丁醇钾(99％，0.6mol)，投料毕，升温至90℃，搅拌转速600rpm，保温反应48hr，反应结束后，减压蒸馏回收未反应的间二溴苯，残留物中加入水及乙酸乙酯萃取，有机层脱溶得到粗品以乙醇结晶得到27.9g 4-溴咔唑，含量98.6％，收率74.5％。

实施例5

氮气保护下，在1L反应瓶内加入536.4g间二溴苯(99％，2.25mol)，26.1g邻溴苯胺(99％，0.15mol)，0.067g氯化钯(99％，0.375mmol)，0.76g10％三苯基膦戊烷溶液(10％inPentane，0.375mmol)，23.9g吡啶(99％，0.3mol)，投料毕，升温至150℃，搅拌转速600rpm，保温反应24hr，反应结束后，减压蒸馏回收未反应的间二溴苯，残留物中加入水及乙酸乙酯萃取，有机层脱溶得到粗品以乙醇结晶得到31.5g 4-溴咔唑，含量99.5％，收率85.6％。

实施例6

氮气保护下，在500mL反应瓶内加入357.6g间二溴苯(99％，1.5mol)，26.1g邻溴苯胺(99％，0.15mol)，1.75g四(三苯基磷)钯(99％，1.5mmol)，4.2g10％三环己基膦戊烷溶液(10％in Pentane，1.5mmol)，18.2g氢氧化钠(99％，0.45mol)，投料毕，升温至150℃，搅拌转速600rpm，保温反应24hr，反应结束后，减压蒸馏回收未反应的间二溴苯，残留物中加入水及乙酸乙酯萃取，有机层脱溶得到粗品以乙醇结晶得到19.6g 4-溴咔唑，含量98.3％，收率52.1％。

实施例7

氮气保护下，在500mL反应瓶内加入357.6g间二溴苯(99％，1.5mol)，26.1g邻溴苯胺(99％，0.15mol)，0.30g三氟乙酸钯(99％，0.9mmol)，1.82g10％三叔丁基膦戊烷溶液(10％in Pentane，0.9mmol)，83.6g碳酸钾(99％，0.6mol)，投料毕，升温至150℃，搅拌转速600rpm，保温反应24hr，反应结束后，减压蒸馏回收未反应的间二溴苯，残留物中加入水及乙酸乙酯萃取，有机层脱溶得到粗品以乙醇结晶得到30.3g 4-溴咔唑，含量99.5％，收率81.8％。

实施例8

氮气保护下，在500mL反应瓶内加入357.6g间二溴苯(99％，1.5mol)，26.1g邻溴苯胺(99％，0.15mol)，0.12g乙酰丙酮钯(99％，0.375mmol)，0.76g10％三叔丁基膦戊烷溶液(10％in Pentane，0.375mmol)，128.5g磷酸钾(99％，0.6mol)，投料毕，升温至150℃，搅拌转速600rpm，保温反应24hr，反应结束后，减压蒸馏回收未反应的间二溴苯，残留物中加入水及乙酸乙酯萃取，有机层脱溶得到粗品以乙醇结晶得到29.2g 4-溴咔唑，含量99.3％，收率78.6％。

以上实施例的产物与4-溴咔唑标准品液相分析比对，熔点：104-105℃，与4-溴咔唑标准品基本吻合。

值得注意的是，申请人在研究过程中，以申请号为201710374924.1的1-溴咔唑的制备方法的专利为基础做了一系列的对比例。该专利的技术方案以邻溴碘苯、邻溴苯胺为原料，先经C-N偶联反应生成中间体二-(2-溴苯基)胺，中间体二-(2-溴苯基)胺经分离提纯后再进行C-C偶联反应得到1-溴咔唑，反应过程中通过两步合成1-溴咔唑。该专利中使用邻溴碘苯价格昂贵且采用了两步反应，中间体二-(2-溴苯基)胺需进行分离提纯后再进行下一步反应，反应过程繁琐，大大增加了后处理溶剂用量，带来生产成本增高以及环境问题，不利于工业化实施。

本发明以廉价易得间二溴苯、邻溴苯胺为原料，一锅法经C-N、C-C偶联反应合成4-溴咔唑，避免了中间体分离过程，操作方便；反应过程中间二溴苯既作反应物又作反应溶剂，过量的间二溴苯反应结束后可回收利用，避免了使用额外溶剂，具有操作步骤短、生产成本低、环境友好等优化，便于工业化实施。本发明中使用大大过量间二溴苯至关重要，反应过程中间二溴苯既作反应物又作反应溶剂，若反应过程中不使用大大过量的间二溴苯，而使用常用的有机溶剂(如N-甲基吡咯烷酮、均三甲苯等)，反应基本无法进行，详见对比例1和对比例2。

对比例1

氮气保护下，在500mL反应瓶内加入71.5g间二溴苯(99％，0.3mol)，26.1g邻溴苯胺(99％，0.15mol)，300mLN-甲基吡咯烷酮，0.35g三(二亚苄基丙酮)二钯(99％，0.375mmol)，0.76g10％三叔丁基膦戊烷溶液(10％in Pentane，0.375mmol)，61.2g三乙胺(99％，0.6mol)，投料毕，升温至150℃，搅拌转速600rpm，保温反应24hr，反应结束后，减压蒸馏回收未反应的间二溴苯，残留物中加入水及乙酸乙酯萃取，有机层GC-MS分析，4-溴咔唑收率＜5％。本对比例收率极低。

对比例2

氮气保护下，在500mL反应瓶内加入71.5g间二溴苯(99％，0.3mol)，26.1g邻溴苯胺(99％，0.15mol)，300mL均三甲苯，0.35g三(二亚苄基丙酮)二钯(99％，0.375mmol)，0.76g10％三叔丁基膦戊烷溶液(10％in Pentane，0.375mmol)，61.2g三乙胺(99％，0.6mol)，投料毕，升温至150℃，搅拌转速600rpm，保温反应24hr，反应结束后，减压蒸馏回收未反应的间二溴苯，残留物中加入水及乙酸乙酯萃取，有机层GC-MS分析，4-溴咔唑收率＜5％。本对比例收率极低。

在上述两个对比例的研究过程中，申请人发现，本发明的反应(间二溴苯和邻溴苯胺)在无溶剂条件下反应好，外加溶剂降低了邻二溴苯浓度，使得反应难以进行。另一方面，若是本领域技术人员选择外加溶剂进入反应体系，均会选择溶剂的沸点要高于反应温度，否则反应过程中，溶剂会蒸发，使得反应难以进行；但间二溴苯的沸点为219.5℃，反应温度最高为150℃，因此介于溶剂会和间二溴苯相容且难以分离，不利于后期的回收处理，不利于工业大规模生产的降低成本。

本发明所述内容并不仅限于本发明所述实施例内容，并且应用了具体个例对本发明结构及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种4-溴咔唑制备方法，其特征在于：将邻溴苯胺、间二溴苯在催化剂、配体和碱的作用下，经过C-N偶联和C-C偶联串联反应，一步合成4-溴咔唑，其中，所述的催化剂为钯盐催化剂，钯盐催化剂为氯化钯、乙酸钯、四（三苯基磷）钯、三氟乙酸钯、乙酰丙酮钯、三（二亚苄基丙酮）二钯；所述的配体为膦配体，膦配体为三苯基膦、三叔丁基膦、三环己基膦、2-二环己基膦-2,4,6-三异丙基联苯、2-(二环己基膦)-3,6-二甲氧基-2',4',6'-三异丙基-1,1'-联苯和正丁基二(1-金刚烷基)膦；所述碱为有机碱或无机碱，所述有机碱为三乙胺、吡啶、叔丁醇钠和叔丁醇钾，所述无机碱为氢氧化钠、碳酸钾和磷酸钾。

2.根据权利要求1所述的一种4-溴咔唑制备方法，其特征在于：所述的邻溴苯胺与间二溴苯摩尔比为1:（10~20）。

3.根据权利要求1所述的一种4-溴咔唑制备方法，其特征在于：所述的催化剂与邻溴苯胺摩尔比为（0.0025~0.01）:1。

4.根据权利要求1所述的一种4-溴咔唑制备方法，其特征在于：所述的配体与邻溴苯胺摩尔比为（0.0025~0.01）:1。

5.根据权利要求1所述的一种4-溴咔唑制备方法，其特征在于：所述的碱与邻溴苯胺摩尔比为（2~4）:1。

6.根据权利要求1~5任意一项所述的一种4-溴咔唑制备方法，其特征在于：所述的串联反应是在90~150℃的温度、搅拌并保温24~48 h的条件下进行的。

7.根据权利要求6所述的一种4-溴咔唑制备方法，其特征在于：所述串联反应合成的4-溴咔唑进行萃取后，得到的有机层经脱溶、结晶得到4-溴咔唑精品。

Images